一种锂离子电池性能的测定与改进方法技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池性能的测定与改进方法，所述LiCr

Method for measuring and improving performance of lithium ion battery

The invention discloses a method for measuring and improving the performance of a lithium ion battery, wherein the LiCr is used for measuring and improving the performance of a lithium ion battery

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池性能的测定与改进方法
本专利技术属于锂离子电池
，尤其涉及一种锂离子电池性能的测定与改进方法。
技术介绍
当代社会，人类对能源、信息与材料的需求越来越高，人类社会经济发展与能源短缺的矛盾日益尖锐。如果继续大量使用化石燃料，将会加剧空气污染和温室效应等问题，还会造成能源枯竭现象出现。为了解决能源危机，保证经济可持续的发展，并且保护我们赖以生存的地球，科学家们致力于新能源的研究，例如太阳能等，然而，这些能量源在时间和空间上是不稳定的，常常受到天气、环境、时间的影响，需要适当转换和存储后才能保证其发电量的稳定，才能充分利用这些能源。因此，作为良好的储能装置，锂离子电池受到了许多科研人员的关注，锂离子电池一直是最有效的能源，具有较高的开路电压，放电容量大，循环寿命长，环境友好的特点。随着锂离子电池的不断开发研究以及商业化，锂离子电池被广泛运用，已成为人类日常生活中不可缺少的用品。锂离子电池负极材料通常为石墨，其性能已非常优异。而正极材料的性能却不太理想，因此其性能将会直接影响电池的综合性能。锂电池常见的正极材料有多种，其中，LiNiO2、LiCoO2、LiMn2O4、LiFePO4、LiMnO2等正极材料是目前研究比较深入的材料。不同正极材料对锂离子电池的性能有很大影响，其成本也决定了电池的成本。LiCoO2材料的理论容量有270mAh/g，然而实验测得的实际容量却远小于理论值，基本上约为135mAh/g。其中主要的原因是：为了防止钴酸锂的结构在过充电和过放电过程中的结构破坏和电池的安全性能，限制了充放电的截至电压，钴酸锂材料中只有一半的锂离子实际可用，导致钴酸锂正极材料的实际容量只有理论容量的一半。现在通常采用的改善电池电化学性能的办法为是引入一定量的其他离子来增加LiCoO2的结构的稳定性，增加电池的实际容量，并且有利于材料的可逆程度的提高。但是我国Co资源匮乏，导致该材料价格昂贵，并且具有一定的毒性，不利于电池的开发利用。LiNiO2的理论容量为275mAh/g，而它的实际容量可以达到180mAh/g左右。LiNiO2材料原料丰富、价格相对便宜，但是LiNiO2的制备工艺过于复杂，在充放电过程中会发生相变，导致容量衰减，在非氧气氛围中燃烧会产生大量杂质相。电池的热稳定性能差，容易导致安全事故的发生，因此也限制了该材料的商业化应用。LiMnO2材料的结构为层状结构，理论容量为285mAh/g，而实验测量的实际容量约为180mAh/g，放电电压约3V。该材料在充放电过程中结构不稳定，引起材料体积变化，影响材料的循环性能，Mn3+的存在导致姜泰勒效应发生。LiMn2O4理论容量为148mAh/g，实际容量约115mAh/g。相对Co和Ni，我国Mn资源丰富，价格低廉，无毒，环境友好等优点[15-19]。但LiMn2O4材料无法避免姜泰勒效应的发生，锂离子扩散性能减弱，导电性下降，循环性能较差，容量衰减快等问题，而且容易发生锰的溶解，电解液分解等，通常为了改善其性能，可以掺入过渡金属。LiFePO4具有橄榄石型结构，理论容量为170mAh/g，实际容量为109mAh/g左右。LiFePO4价格低，安全，稳定，但容量不高，体积比容量低，而且材料的电导率低，需要通过表面修饰等手段加以改进。综上所述，现有锂离子电池的正极材料成本较高，制备复杂，克容量等电化学性能需要改进。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种锂离子电池性能的测定与改进方法，旨在解决现有锂离子电池的正极材料成本较高，制备复杂，克容量等电化学性能比较差的问题。本专利技术是这样实现的，一种LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05材料，所述LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05材料由氟化锂0.05mol、氢氧化锂0.95mol、硝酸镍0.5mol、碳酸锰1.4mol、硝酸铬0.1mol和一水合柠檬酸1mol组成。本专利技术的另一目的在于提供一种所述LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05材料的合成方法，所述LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05材料的合成方法包括以下步骤：步骤一，以氟化锂、氢氧化锂、硝酸镍、碳酸锰、硝酸铬、一水合柠檬酸为原料按化学计量比准确称量，研磨均匀混合配成悬浊液以后缓慢加入到一定量的柠檬酸溶液(400ml)中；步骤二，在加入悬浊液的同时进行水浴加热，保持80℃并且不断搅拌4h，使其能混合均匀充分反应；步骤三，在90℃的水浴加热条件下，持续搅拌混合溶液，直至溶液变成粘稠状；步骤四，然后用电热鼓风干燥箱在80℃的条件下烘干直至形成干凝胶；将干凝胶磨碎后，在管式电阻炉中分别在450℃条件下恒温预烧8h、800℃煅烧15h、650℃退火处理12h；步骤五，在电阻炉内冷却至室温，研磨得到LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05。本专利技术的另一目的在于提供一种由所述LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05材料制备的电池正极材料。本专利技术的另一目的在于提供一种由所述电池正极材料制备的锂电池。本专利技术的另一目的在于提供一种由所述电池正极材料制备的电池。进一步，所述电池的制备方法包括以下步骤：第一步，将PTFE、炭黑、正极材料按质量比1：1：8称量，先将PTFE放入烧杯中，滴入少量酒精，混合均匀；第二步，然后把炭黑与正极材料放入其中，滴加10ml的酒精，充分搅拌混合，之后用超声仪分散10min，使其混合均匀，放入鼓风干燥箱中在80℃条件下干燥至粘稠状，碾成电极片；第三步，取纽扣电池大小的一部分电极片，放在纽扣电池底壳上，用压片机压片后放入真空干燥箱中干燥6小时以上；第四步，取出后，将正极材料、隔膜、锂片、电解液等材料送入小型扣式封口机中，以上面制备的圆形电极片为正极，一定大小的圆形锂片为负极，隔膜和电解液为原料制备纽扣电池；制备完毕后，用封口机将电池封好。本专利技术的另一目的在于提供一种安装有所述电池的电动汽车。本专利技术的另一目的在于提供一种安装有所述电池的电动车。本专利技术的另一目的在于提供一种安装有所述电池的汽车。本专利技术提供的锂离子电池性能的测定与改进方法，本专利技术拟通过不同方法合成LiNi0.5Mn1.5O4，探究其性能；在LiNi0.5Mn1.5O4中掺入Cr、F，用溶胶凝胶法制备出材料LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05，该材料相对未掺杂材料而言，0.1C倍率下，放电容量为137mAh/g，接近理论值，而且容量保持率高，具有优良的电化学性能。我国是Mn资源大国，Mn资源在我国储存量大，相对Co而言，Mn资源的价格便宜，此外，该锰源的正极材料具有电化学性能好，操作方便，环境危害小等优点。附图说明图1是本专利技术实施例提供的合成LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05的流程图。图2是本专利技术实施例提供的球磨法合成LiNi0.5Mn1.5O4流程图。图3是本专利技术实施例提供的溶胶凝胶法合成LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05流程图。图4是本专利技术实施例提供的LiNi0.5Mn1.5O4的TG/DTA曲线示意图。图5是本专利技术实施例提供的LiNi0.5Mn1.5O4XRD分析示意图。图6是本专利技术实施例提供的不同放大倍数下的Li本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种LiCr

【技术特征摘要】
1.一种LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05材料，其特征在于，所述LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05材料由0.05mol氟化锂、0.95mol氢氧化锂、0.5mol硝酸镍、1.4mol碳酸锰、0.1mol硝酸铬和1mol一水合柠檬酸制备所得。2.一种如权利要求1所述LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05材料的合成方法，其特征在于，所述LiCr0.1Ni0.5Mn1.4O3.95F0.05材料的合成方法包括以下步骤：步骤一，以氟化锂、氢氧化锂、硝酸镍、碳酸锰、硝酸铬、一水合柠檬酸为原料按化学计量比称量，研磨均匀混合配成悬浊液以后加入到柠檬酸溶液中；步骤二，在加入悬浊液的同时进行水浴加热并且不断搅拌，使其能混合均匀充分反应；步骤三，在90℃的水浴加热条件下，持续搅拌混合溶液，直至溶液变成粘稠状；步骤四，然后用电热鼓风干燥箱在80℃的条件下烘干直至形成干凝胶；将干凝胶磨碎后，在管式电阻炉中分别在450℃条件下恒温预烧8h、800℃煅烧15h、650℃退火处理12h；步骤五，在电阻炉内冷却至室温，研磨得到LiCr0.1Ni0....

【专利技术属性】
技术研发人员：王高军，王象，卓泽旭，李晨敏，钟琴，
申请(专利权)人：绍兴文理学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33